专利名称：一种用于驱动输出工具的组合固定的系统的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及一种电动牙刷和类似装置的共振驱动系统，具体涉及设有旋转马达的系统，带有从马达到输出件，如刷头，的弹性连接机构。
背景技术：
一般都熟悉电动牙刷，已有各种类型的电动牙刷设计和形状布置。一些电动牙刷已经证明是有效的和商业上成功的。一个例子是美国专利No.5,189,153显示的牙刷，该专利为提出本发明的受让人所拥有。
许多电动牙刷可作旋转运动。某些电动牙刷能够令电枢作360°转动，由于设计机构可产生限于特定运动范围，如选定的360°的弧线部分，的振动，提供了更适合的刷牙动作。一些旋转运动机构是机械驱动的，而另一些是共振系统，其涉及到移动块，比如刷头结构和连接到手柄的弹性件。系统的共振频率受到手柄的影响。
本发明涉及共振系统。使用带旋转电枢的马达的共振机构具有的优点是设计简单和价格合理，并通常具有较小的尺寸。但是也有明显的缺点，包括连接到装置手柄的振动，该振动是由系统在通过选定弧线前后振动时的反向动作，而不是作360°连续旋转，造成的。振动通过弹簧件连接到手柄。该系统的共振频率受到手柄的惯性矩(MO1)的影响，以及驱动系统的其他部件惯性矩的影响。装置的性能还受到手柄的动态特性如阻尼性，弹簧刚度、和惯性矩的影响。此外，当使用者握住这种简单的共振系统装置的手柄时，使用者成为该系统的一部分。这样就进一步改变了手柄的动态特性和装置的最终性能。因此，在共振系统中，许多变量影响到手柄和系统性能的动态特性。此外，连接到共振系统的手柄的弹簧在手柄中产生相当大的物理振动。这些缺点已经影响到这类牙刷的商业成功。
因此希望尽量减少这种共振驱动系统对手柄产生的物理振动和噪音，并提高这种系统的效率。
发明内容
因此，本发明提出一种电动牙刷或其他类似装置，包括牙刷外壳；驱动组件，其包括马达，所述马达具有通过预定大小的弧前后转动的电枢；输出组件，其包括刷头；带有节点的连接组件，所述连接组件连接所述电枢到所述输出组件，其中所述连接组件响应驱动信号进行动作，其频率令牙刷以刷头与电枢的转动反相180°的模式操作，使得驱动组件与所述外壳基本隔绝地振动；和至少一个支承件，连接到所述驱动组件和所述外壳之间；其中，节点在牙刷工作时基本保持静止。
图1是显示根据本发明的驱动系统的主要部分的透视图；图2是显示本发明的电动牙刷内的驱动系统的透视图；图3是线性弹簧的简图；图4是本发明的驱动系统的另一可选实施例的透视图。
具体实施例方式
参考图1和图2，小型马达12安装到电动牙刷16的外壳或手柄14(分离显示)中。虽然出于方便说明和显示，本发明通过电动牙刷进行介绍，应当知道本发明的系统可用于其他驱动工作件的小型装置。
马达12包括电枢18，其响应电池20供应到马达12的定子部分(未显示)的电流以旋转模式进行驱动。电池一般是可充电电池，通过充电基座(未显示)进行充电，牙刷在不使用时可置于基座中。这样的充电基座，例如在美国专利No.5,796,325公开，该专利也由提出本发明的受让人拥有。
在驱动系统的相对马达12的另一端是工作件，比如刷头22。为实现本发明的目的，刷头22可具有各种结构。刷头22固定到细长轴24，其从刷头22向后延伸到输出块25，其位于外壳14中。本发明，如上所述，是共振系统，一个特征是驱动系统在一定频率下受到马达的驱动，该频率等于或非常接近机械驱动系统的共振频率。这样可提高系统的效率，以及提供其他优良的性能。
本发明的共振系统包括弹性组件，整体用26表示，其连接马达电枢18到输出块25。轴承27和29在外壳中支承马达和输出轴。在所示实施例中的弹性组件26包括螺旋弹簧，其分成两个部分28和30，通过中间节点32分开。在所示实施例中，两个弹簧部分28和30的长度基本相等，分别具有弹簧常数k1和k2。在节点32设有固定弹性件36，也可称作中心弹簧，其固定，即连接，弹性组件26到外壳14。固定弹性件36对弹性组件的动作有很小的阻尼作用。
如上所示，弹簧部分28和30一般包括单个弹簧结构，其包括安装了中心弹性件36的节点区。图示的结构的优点是将驱动系统与外壳隔离开，使得很少或没有振动传递到外壳。
在所示实施例中的螺旋弹簧部分28和30可具有不同的弹簧结构，包括金属丝缠绕的螺旋弹簧或片簧，或者是扭转件，还具有两个弹簧部分之间的节点。中心弹性件36(具有一定阻尼作用)可用多种不同材料制成，包括橡胶，和具有不同的结构，包括厚垫状结构。中心弹性件36位于两个弹簧部分之间的节点，在装置工作期间基本不动，因此，只有非常少的或没有振动从驱动系统连接到外壳。中心弹性件36还可在装置工作期间保证刷头和马达对准。
本发明的共振系统正常工作时，驱动频率将大约等于驱动系统的共振频率。在这种模式中，刷头部分与马达反相180°。现在参考图2，弹簧部分30的远端连接到输出块25，其具有惯性矩j2，输出块又连接到刷头轴24。电枢18具有惯性矩j1。刷头轴24和刷头22的组合具有惯性矩j3。在所示实施例中，如果两个弹簧部分28，30的弹簧常数k1，k2是相等的，如果马达电枢18的惯性矩j1等于输出块25的惯性矩j2和组合的轴和刷头的惯性矩j3之和，使k1＝k2，和j1＝j2+j3，驱动系统的共振频率ω近似等于ω=k1j1]]>或ω=k2j2+j3]]>如果在该模式(共振频率模式)下驱动马达，未加载的刷头22将移动与马达电枢18移动的相同弧线(相同的刷头幅度)，但与电枢转动的方向相反，即反相180°。马达在驱动系统的共振频率下工作将形成高效系统，即在共振频率下有很大的能量传输到刷头件。此外，驱动系统的振动很少或没有连接到外壳，即共振的驱动系统与外壳并与使用者(通过使用者的把握，可发生变化)的惯性矩隔离。在图2的组合安装结构的系统驱动端(电枢)的惯性矩相对从动端(刷头)的惯性矩作用，产生希望的振动隔离作用。
尽管图2的实施例给出了两个弹簧部分28和30，应当指出弹性组件26可通过单个弹簧来实现。在这种情况下，节点近似位于弹簧长度的一半，用于安装弹性件36。如上所述，弹性件36可用各种阻尼材料制造，并直接固定到外壳14。弹性件36可是扭转弹簧，弹簧常数为k3，连接到节点32和外壳14之间。另外，扭转弹簧提供了马达和负荷(刷头)的对中(对准)功能。
可选择与上述结构不同的方案。例如，如果希望刷头或其他工作件的振幅与马达电枢的振幅不同，电枢的惯性矩j1与输出块(j2)及轴和刷头(j3)的惯性矩之和的比不是1.0。沿弹性组件的节点位置将不出现在长度中点的地方。在一个示例中，为了使刷头的振幅具有马达振幅的一半，j1＝0.5(j2+j3)，k1＝0.5k2。选择其他的弹簧常数值和惯性矩将导致其他的振幅比。
此外，可能希望在使用牙刷期间的特定时间产生振动作用来引起使用者注意，例如，在使用一定时间后(如2分钟)。这就要求驱动操作具有不同的扭转模式，也称作振动模式。在这种模式中，系统的刷头端的转动与系统的驱动端(马达)的转动同相，作用到手柄。这种操作振动模式发生在马达频率(驱动信号)与连接系统的共振频率显著不同时。特定系统的该频率可由所属领域的技术人员确定。装置可以程序化，使得当发生应通知使用者的事件时，如计时器信号，驱动频率改变使装置以振动模式操作。在这种模式中，如上所述，驱动系统的明显振动通过中心弹性件36连接到外壳14。振动连接到外壳14向使用者提供了物理指示(反馈)，如发生了选择的操作条件，比如使用时间或刷牙压力，这些可通过系统的其他部分测量。
本发明的组合安装系统的另一实施例在图4A和4B显示。该实施例使用了扭转件40，代替弹性组件26。扭转件在各个方向都是刚性的，除了希望的扭曲或转动动作方向外。尽管显示出作为这种扭转件示例的U形槽件，也可以使用其他截面形状，如V形或其他截面形状。在安装到马达和系统的刷头部分方面，V形件比U形件有优点。在所示实施例中，扭转件40的各端安装到弹性端件42，43。安装轴44从弹性端件42延伸。安装轴44支承刷头组件(未显示)或其他工作件。弹性端件43位于装置的马达端(驱动端)。马达用45表示。销45A从马达的电枢延伸，使得装置的马达端可支承于外壳。安装轴44和销45A通过弹性支承件46和47支承。支承件为装置提供了径向和旋转对准，以及支承。
支承件固定到与其相关的轴/销上。操作时，容纳件48，49保持固定的支承件的外部(表面)，同时，连接到轴的各支承件内部通过电枢轴的转动以类似弹簧的模式变紧。这种设置，当在驱动组件的共振频率下驱动时，使电枢沿一个方向转动，而刷头轴沿相反的方向转动。虚拟的节点在沿件40的某个位置出现，通过容纳件48，49施加到外壳的振动扭矩可有效地互相中止。
还应当知道，工作件除转动外的运动可使用与图2类似的连接弹簧来实现。例如，刷头或类似工作件的线性纵向运动可使用压缩弹簧来形成，压缩弹簧以轴向运动模式来操作。参考图3，驱动块50可通过各种马达装置进行线性移动，马达驱动弹簧组件54的一端，造成从动件56，即刷头，与驱动块一起移动。驱动块和从动块因此以相反方向移动。对于图1中的实施例，沿弹性件存在特定点，在装置操作时不会移动，这就是节点58。使用弹簧和节点结构可产生类似的效果，其中驱动块绕节点作侧向移动，该动作然后通过弹簧的第二部分传递到从动块。这两个运动是180°反相。
因此，在本发明中，马达用于通过选定的振幅或弧度驱动电枢。电枢的动作通过连接组件传递到工作件，比如刷头，在一个实施例中连接组件包括两个扭转弹簧部分，在弹簧之间设有节点。在共振频率下驱动系统可导致工作件遵循电枢动作，但存在180°反相。还可发生高效的能量传递使工作件产生有效的动作。在另一实施例中，扭转件，如U形槽件或V形槽件，用来代替弹簧件，沿其长度上某点产生虚拟节点。尽管本发明通过牙刷进行介绍，应当知道相同的机构可用于其他小型的装置。
虽然本文为了说明公开了本发明的优选实施例，应当知道，在不脱离本发明的精神的情况下，可对本发明进行各种改变、变化和替代，本发明的范围由所附权利要求限定。
权利要求
1.一种电动牙刷，包括牙刷外壳；驱动组件，包括马达，所述马达具有可通过预定大小的弧线作前后转动的电枢；输出组件，其包括刷头；带有节点的连接组件，所述连接组件连接所述电枢到所述输出组件，其中所述连接组件响应驱动信号进行操作，其频率令所述刷头与电枢的转动180°反相，使得所述驱动组件与所述外壳基本隔离地振动；至少一个支承件，连接到所述驱动组件和所述外壳之间，其中，所述节点在牙刷工作时基本保持静止。
2.根据权利要求1所述的牙刷，其特征在于，所述马达在近似等于所述驱动组件的共振频率的频率下驱动。
3.根据权利要求2所述的牙刷，其特征在于，所述连接组件是弹簧件，所述支承件在弹簧件的节点和所述外壳之间延伸，因此沿长度形成两个弹簧部分。
4.根据权利要求2所述的牙刷，其特征在于，所述连接组件是扭转件，包括分别连接在所述电枢及所述牙刷轴和所述外壳之间的支承件。
5.根据权利要求4所述的牙刷，其特征在于，所述扭转件，除扭转方向外，基本在所有方向是刚性的。
6.根据权利要求5所述的牙刷，其特征在于，所述扭转件是U形构件。
7.根据权利要求5所述的牙刷，其特征在于，所述扭转件是V形构件。
8.根据权利要求4所述的牙刷，其特征在于，所述牙刷包括弹性端件，分别连接所述马达和刷头轴到所述扭转件。
9.根据权利要求1所述的牙刷，其特征在于，所述输出组件包括输出块和从所述输出块延伸的刷头轴，所述刷头安装在轴外端。
10.根据权利要求3所述的牙刷，其特征在于，所述两个弹簧部分的长度基本相等，并有基本相同的弹簧常数。
11.根据权利要求3所述的牙刷，其特征在于，所述电枢的惯性矩近似等于所述输出组件的惯性矩。
12.根据权利要求1所述的牙刷，其特征在于，所述电枢和所述刷头移动基本相同的弧线。
13.根据权利要求1所述的牙刷，其特征在于，所述刷头移动的弧的大小不同于所述电枢移动的弧大小。
14.根据权利要求1所述的牙刷，其特征在于，所述牙刷操作时，所述节点相对所述外壳基本不移动，所述支承件是具有一定阻尼作用的弹性件。
15.根据权利要求1所述的牙刷，其特征在于，所述牙刷包括马达控制电路，可选择地改变所述驱动信号的频率，使所述牙刷具有所述刷头与所述电枢同相转动的工作模式，导致所述驱动组件的振动连接到手柄，向使用者提供其选择的信号。
16.一种电动装置，包括装置外壳；驱动组件，包括马达，所述马达具有通过预定大小的弧振动的电枢；输出组件，其包括工作件；带有节点的连接组件，所述连接组件连接所述电枢到所述输出组件，其中所述连接组件对选定频率的驱动信号作出反应进行操作，使所述输出组件与电枢的转动反相180°，使所述驱动组件与所述外壳基本隔离地振动；和支承件，连接在所述节点和所述外壳之间，其中，所述装置工作时所述节点基本保持静止。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述马达在近似等于所述驱动组件的共振频率的频率下驱动。
18.一种电动装置，包括装置外壳；驱动组件，可前后移动驱动块通过一定距离；输出组件，其包括工作件；和连接组件，其连接所述驱动块到所述输出组件，其中所述连接组件包括带有节点的扭转件；支承件连接在所述节点和所述外壳之间，其中所述驱动组件具有所述工作件沿与所述驱动组件相反的旋转方向移动的工作模式；所述输出组件和所述驱动组件的惯性矩相对，因此基本可防止振动连接到所述外壳。
全文摘要
一种可作旋转刷头运动的电动牙刷，包括外壳，其设有固定于其中的马达，马达具有通过预定大小的弧转动的电枢。该牙刷还包括固定到轴的刷头，轴连接到输出块。弹性组件将电枢连接到输出块。弹性组件包括两个弹簧部分，其间带有节点，当电枢转动时，刷头沿相反方向移动。电枢的移动频率设定为等于弹性连接系统和输出组件的共振频率。
文档编号A61C17/34GK1662190SQ03814523
公开日2005年8月31日 申请日期2003年6月10日 优先权日2002年6月24日
发明者K·A·米勒, J·W·佩斯, A·G·科斯特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司